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Laure Saint Raymond, ou l'art subtil de conjuguer mathématiques et modèles physiques

La mathématicienne française Laure Saint-Raymond en 2014 | S. RUAT/CNRS PHOTOTHEQUE

Heidi.news est partenaire média du colloque Wright, consacré cette année aux mathématiques, qui se tient du 2 au 6 novembre 2020 à l'Université de Genève.

Laure Saint-Raymond est mathématicienne de haut niveau, l’une des rares dans un domaine encore très masculin. A 45 ans, la Française peut se targuer d’un parcours sans faute: benjamine de l’Académie française des sciences, où elle entre en 2013, lauréate du prix Fermat en 2015, membre de l’Académie européenne des sciences en 2017, Légion d’honneur en 2019 et enfin lauréate en 2020 du prix Bôcher de la Société américaine de mathématiques…

A l’occasion du 19e colloque Wright pour la science, qui se tient du 2 au 6 novembre 2020 à l’Université de Genève, la professeure à l’Ecole normale supérieure de Lyon présentera une conférence consacrée au hasard et au désordre. L’occasion d’aborder le désordre à la fois comme un objet physique mais aussi mathématique. Portrait d’une passionnée, férue de sciences, mais aussi de musique et de randonnées, qui a plusieurs cordes à son violoncelle, instrument dont elle joue depuis l’enfance.

Son parcours. Comment devient-on mathématicien ou mathématicienne? Laure Saint Raymond raconte avec modestie: «J’ai eu un cursus scolaire assez classique, qui m’a menée en classes préparatoires aux grandes écoles (deux ans de préparation aux concours des grandes écoles scientifiques, ndlr), puis à l’Ecole normale supérieure (ENS).» Fille d’un professeur de maths en université et d’une enseignante de maths dans le secondaire, la mathématicienne n’a pour autant pas cherché à marcher dans une voie familiale toute tracée:

«Le terme de “vocation” n’est pas le plus adapté. Adolescente, je n’ai jamais discuté avec mon père de son domaine de recherche! (sourire) Je ne pensais pas du tout à faire carrière dans les mathématiques depuis que j’étais toute petite. C’est une évidence qui s’est imposée à moi de façon plus tardive, suite à des rencontres avec des gens passionnés en spé’ (deuxième année de classes préparatoires) et à l’ENS, où j’ai explicitement choisi d’étudier les sciences. J’ai continué à étudier mathématiques et physique conjointement jusqu’au DEA (équivalent Master 2, ndlr), où j’ai fini par choisir les mathématiques.»

Aujourd’hui, elle est professeur à l’Ecole normale supérieure de Lyon. Pourquoi Lyon plutôt que Paris? «Cela nous rapproche des montagnes», glisse celle qui concède en avoir besoin pour déconnecter du travail et revenir avec des idées neuves. Elle est aussi mère de six enfants, âgés de 10 à 20 ans.

Ses travaux de recherche. En réalité, si Laure Saint Raymond a choisi les mathématiques comme grille d’analyse, elle n’a jamais renoncé à l’étude des phénomènes physiques. «Je vois la physique comme une source de problèmes mathématiques à résoudre, qui nécessitent de construire des outils mathématiques adaptés», explique-t-elle. «C’est un aller-retour permanent entre les deux disciplines. Même lorsqu’on manipule les mêmes objets, les approches du physicien et du mathématicien sont très différentes.»

«L’intérêt, c’est de voir où l’on peut simplifier des modèles complexes»

Plus précisément, son domaine de prédilection, c’est la construction de modèles mathématiques pour la physique. «Ce qui m’intéresse, c’est l’axiomatisation de la physique, comment l’on passe d’un modèle à l’autre pour un même système physique. Par exemple, pour la rentrée atmosphérique d’une fusée: quels modèles utilise-t-on pour décrire les gaz atmosphériques? Ceux de la mécanique des fluides, issus de la mécanique newtonienne, à l’échelle macroscopique? Ou ceux issus de la physique statistique, qui décrivent le comportement des molécules de gaz? L’idée est de comprendre comment ces modèles sont reliés, les régimes dans lesquels ils sont compatibles ou non. L’intérêt, c’est d’obtenir des simplifications valides de modèles complexes. C’est intéressant dans de nombreux domaines: océanographie, physique des plasmas, astrophysique…»

Et cet enjeu de simplification a des implications très concrètes.

«Le grand public pense trop souvent qu’il suffit de soumettre les équations physiques complexes à un supercalculateur pour les résoudre. La réalité est beaucoup plus compliquée: c’est en comprenant, grâce aux mathématiques, le comportement qualitatif du modèle physique utilisé, et notamment l’imbrication des phénomènes aux différentes échelles, qu’on va par exemple améliorer la qualité de la prévision, surtout sur des temps longs.»

La place des femmes en sciences. C’est un fait désormais bien documenté, en Suisse comme en France: à des postes universitaires élevés, les femmes se font rares, d’autant plus que les disciplines sont perçues comme «masculines». Les raisons sont nombreuses, entre sexisme intériorisé, phénomène de «boys’ club» et plafond de verre. Laure Saint Raymond commente:

«Il y a peu de femmes en sciences, c’est un constat que tout le monde peut faire. En mathématiques, c’est encore plus contrasté: en France, le nombre de femmes professeures en mathématiques doit tourner autour de 10%. Et un certain nombre de stéréotypes demeurent, comme le fait que les femmes soient supposées mieux enseigner!»

«Les quotas peuvent nuire à la légitimité des femmes en poste»

Comment s’y prendre pour infléchir la tendance? C’est une question fréquemment posée à la mathématicienne. «Toute la question est de savoir s’il y a moins de femmes parce que le domaine les intéresse moins, ou si c’est pour d’autres raisons. Je pense qu’il y a des barrières et des biais parfois inconscients.» Elle poursuit:

«Cela dit, je suis farouchement opposée au principe des quotas. Car leur conséquence immédiate, c’est celle du soupçon, chez toutes les femmes recrutées. Les confrères vont alors se demander: est-elle là pour ses compétences, ou pour les quotas? J’ai plusieurs fois constaté le phénomène. Or, il est important que toute intervention pour favoriser la parité ne nuise pas à la légitimité des femmes à leur poste.»

Elle rappelle que la diversité en sciences est un enjeu qui ne concerne pas seulement les femmes:

«C’est la diversité au sens large: genre, mais aussi milieu social ou origine, qui permet de faire émerger de nouvelles idées. En France, le système préparatoire aux grandes écoles est extrêmement compétitif. Or, je ne pense pas qu’il soit nécessaire d’être toujours en compétition avec les autres pour mener des recherches de qualité.»

Le colloque Wright. A l’occasion du colloque Wright, elle interviendra le mardi 3 novembre à 18h30 à l’Université de Genève (Uni Dufour). Elle évoquera le hasard, et les grands nombres. Une façon de toucher du doigt des concepts clés en thermodynamique, comme l’entropie, qui caractérise le degré de désorganisation d’un système physique complexe. Or, selon le deuxième principe de la thermodynamique, énoncé pour la première fois par Sadi Carnot en 1824, toute transformation spontanée est irréversible, et conduit à l'augmentation de l’entropie.

«L’entropie est une quantité abstraite qu’on ne peut pas mesurer, la rerpésentation intellectuelle qu’on s’en fait et la façon de l’utiliser sont très différentes en mathématiques et en physique. L’un des enjeux de mon intervention sera de donner une intuition du lien entre entropie et irréversibilité, et d’apporter quelques explications à des paradoxes qui agitent aussi le monde de la philosophie des sciences.»

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